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Reinigungstechnologien – Entwicklungen und Trends

EN FR Schlagwörter: Reinigung

Trotz der Fortschritte bei neuen Technologien, wie beispielsweise die Entwicklung von „No-clean“-Flussmitteln, ist die Reinigung immer noch ein erforderlicher, mehrstufiger Prozess in der Elektronikindustrie.

Die Reinigung ist ein notwendiger Prozess bei der Elektronikfertigung und wurde viele Jahre angewandt, um potenziell schädliche Verunreinigungen in der Leiterplattenproduktion zu entfernen. Solche Verunreinigungen beinhalten Flussmittel-, Lötmittel- und Haftmittelrückstände und andere Verschmutzungen wie Staub und Ablagerungen aus anderen Fertigungsprozessen. Ziel der Reinigung, insbesondere in der schnell expandierenden Elektronikindustrie, besteht darin, die Nutzungsdauer eines Produktes zu verbessern, indem eine gute Oberflächenbeständigkeit gewährleistet wird. Weiterhin wird dem Leiterplattenausfall durch Kriechstrom vorgebeugt. Im sich entwickelnden Markt werden moderne und zukünftige Elektronikkomponenten immer kleiner und die Anforderungen nach hoher Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit steigen. Um einen guten Isolationswiderstand zu erreichen und eine zuverlässige Haftung von Schutzlacken und Gieß- und Verkapselungsharzen zu sichern, ist die Reinheit der elektronischen Baugruppen unerlässlich.

Es gibt viele Zwischenstufen, in denen Reinigung notwendig ist. Vor der Schablonentechnik und dem Löten müssen die Verunreinigungen vieler vorangegangener Produktionsstufen entfernt werden. Nach der Schablonentechnik müssen überschüssige Klebemittel entfernt werden und nach dem Löten korrosive Flussmittelrückstände und überschüssige Lötpasten. Heutzutage gehen viele Hersteller in der Industrie zu „No-clean“-Prozessen über, die implizieren, dass Reinigung nach der Lötphase nicht notwendig ist. Beim „No-clean“-Prozess ist der Feststoffanteil des Flussmittels niedriger als bei traditionellen Arten. Sie enthalten jedoch immer noch Harz und Aktivator. Solche Rückstände können, abgesehen von anderen unerwünschten Elementen, die sich durch die fehlende Reinigungsphase auf der Leiterplatte gesammelt haben, Probleme mit der Haftung verursachen und möglicherweise die Leistung des aufgetragenen Schutzmediums beeinflussen. Daher kann man festhalten, dass trotz der Fortschritte bei neuen Technologien, wie beispielsweise die Entwicklung von „No-clean“-Flussmitteln, die Reinigung weiterhin ein erforderlicher, mehrstufiger Prozess in der Elektronikindustrie ist. Schlussendlich sind außerdem Reinigungsphasen bei der Entfernung von Schutzlacken und Klebern in der Nacharbeitung erforderlich sowie für die Reinigung von bestimmten Komponenten und für die Wartung der Produktionsanlagen.

Da Umweltbewusstsein heutzutage groß geschrieben wird, rücken viele Elektronikhersteller vom Einsatz traditioneller Lösungsmittelreiniger ab, die Ozon schädigende Chemikalien oder einen hohen Anteil an FOV (flüchtige organische Verbindungen) enthalten und setzen auf sicherere Alternativen. Obwohl viele lösungsmittelbasierte Reinigungsprodukte einen komfortablen einstufigen Reinigungsprozess ermöglichen, haben wasserbasierte Reiniger mehrere Vorteile. Diese beinhalten nicht brennbare Eigenschaften, eine geringe Geruchsbelastung, keine FOV und eine sehr geringe Toxizität. Es ist notwendig, den geeigneten wasserbasierten Reiniger für die Reinigung im Ultraschallbad, im Drucksprühverfahren oder in der Spülmaschine zu bestimmen. Diese Reiniger nutzen die Tensidtechnologie, um die Entfernung von Verunreinigungen auf einer Leiterplatte zu unterstützen. Dabei reduzieren sie die Grenzenflächenspannung und heben sie auf oder emulgieren sie in der Lösung. Alternativ nutzen wasserbasierte Flussmittelentferner die Verseifung und neutralisieren so die Flussmittelsäuren. Der einzige große Nachteil eines wasserbasierten Reinigers besteht darin, dass er mehrere Stufen benötigt, um den Reinigungsprozess abzuschließen. Dieser beinhaltet auch einen zweistufigen Spülungsprozess und eine finale Trockungsphase. Schlussendlich gibt es auch einen neuartigeren, tensidfreien wasserbasierten Reiniger. Dieser Reiniger ist glykol-basiert und verbindet die Vorteile eines wasserbasierten Reinigers und eines lösungsmittelbasierten Reinigers, benötigt jedoch nur eine minimale Spülung.

HFFR in use

Safewash Total (SWAT) von Electrolube Ltd. ist ein Beispiel für diese fortschrittliche wasserbasierte Reinigungstechnologie. Er bietet viele Vorteile, z.B. Flexibilität in der Anwendung, d.h. die Eignung für eine Vielzahl verschiedener Geräte und Verarbeitungsarten und die Kraft, sehr viele Verunreinigungen zu entfernen. Safewash Total ist sogar für die Entfernung von bleifreien und „No-clean“-Flussmitteln, Pasten und Haftmittelrückständen geeignet sowie für die Entfernung allgemeiner Verschmutzungen wie Fett und Staub. Zusätzlich dazu bietet Safewash Total viele Vorteile für den Anwender und die Umwelt. Bei Safewash Total handelt es sich um ein Konzentrat, das in verschiedenen Konzentrationen, je nach Anwendungsmethode eingesetzt werden kann und es enthält auch einen Korrosionsverzögerer, der eine sichere Anwendung auf empfindlichen Metallen wie Kupfer, Silber und Aluminium ermöglicht. Durch die Lieferung eines Konzentrats werden außerdem Transportkosten reduziert und er bietet so finanzielle und umweltfreundliche Vorteile.

Da der Reinigungsmarkt sich kontinuierlich entwickelt, um der Nachfrage in der Industrieexpansion gerecht zu werden, ist es wichtig, dass der benötigte Reinigungsgrad klar definiert wird. Ein maßgeblicher Anteil potenziell schädigender Flussmittelrückstände und Verunreinigungen ist mit bloßem Auge oder sogar unter dem Vergrößerungsglas nicht erkennbar. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, dass die richtige Methode benutzt wird, um sicher zu stellen, dass der erreichte Reinheitsgrad die vorgegebenen Anforderungen des Elektronikingenieurs erfüllt. Es gibt zwei Arten von Rückständen; ionische und nichtionische und es gibt eine Vielzahl von Methoden, den Grad der Verunreinigung nach der Reinigung zu berechnen und den Begriff „rein“ zu definieren.

Nichtionische Rückstände, die nach der Fertigung auf der Leiterplatte oder Baugruppe zurückbleiben sind z.B. Harze, Öle und Fette. Sie sind nicht leitfähig und normalerweise organischen Ursprungs. Sie verfügen über isolierende Eigenschaften, was zu Problemen führen kann, wenn Steckkontakte oder Steckverbinder auf Baugruppen eingesetzt werden. Sie können eine schlechte Haftung der Lötmaske, des Schutzlacks und der Vergusskomponenten verursachen. Außerdem können ionische Verunreinigungen und Fremdkörper eingeschlossen werden. Typische Testmethoden sind visuelle Kontrollen mit dem Mikroskop kombiniert mit anderen analytischen Methoden, z.B. mit einem Fourier-Transform-Infrarotspektrometer (FTIR).

Safewash Super for use in Ultrasonic cleaning machine

Ionische Verschmutzungen sind typischerweise Flussmittelrückstände oder schädigende Materialien, die nach dem Löten zurückbleiben. Wasserlösliche organische oder anorganische Rückstände, die sich in einer Lösung als aufgeladene Ionen trennen können, erhöhen die allgemeine Leitfähigkeit dieser Lösung. Sie können die Zuverlässigkeit elektronischer Komponenten und Baugruppen herabsetzen, da sie zur Bildung von Kriechstrom zwischen den Schaltkreisen beitragen, Korrosion verursachen und dendritisches Wachstum fördern. Wo ionische oder nichtionische Verschmutzungen präsent sind, können sie die Funktionsweise und Zuverlässigkeit des Gerätes beeinflussen. Ein größerer Prozentsatz an Ausfällen resultiert jedoch aus ionischer Verunreinigung. Eine übliche Methode, um den Grad ionischer Verschmutzung zu messen ist die „Messung des Widerstands der löslichen Bestandteile“ (engl. ROSE), auch bekannt als die „Leitfähigkeit der löslichen Bestandteile“ (engl. SEC). Die Industrienorm IPC-TM-650 verwendet eine Lösung aus Isopropanol und deionisiertem Wasser, um die Verunreinigungen zu extrahieren, während das Messgerät die Veränderung in der Leitfähigkeit misst. Es handelt sich hier um eine anerkannte Messmethode und liefert schnelle Ergebnisse; die Ergebnisse können jedoch eingeschränkt sein. Daher können zwei weitere Methoden eingesetzt werden, um wertvolles Datenmaterial zu erhalten. Es handelt sich um die Messung des Oberflächen-Isolationswiderstands (engl. SIR) und die Ionen-Chromatographie (IC).

Nicht nur der Verunreinigungsgrad nach der Reinigung muss ermittelt werden, auch die Reinigungslösung selbst muss kontrolliert werden. Die Methode zur Lösungsmessung ist abhängig von der Reinigungschemikalie und den zu entfernenden Rückständen. Es sollen jedoch trotzdem einige mögliche Messmethoden erwähnt werden. Säurehaltige Flussmittelrückstände haben generell einen niedrigeren pH-Wert und erhöhen die Leitfähigkeit, während sie Schwankungen in der Konzentration nicht beeinflussen. Der Brechungsindex (engl. BRIX) misst den Feststoffanteil in der Reinigungslösung. Obwohl man so einige Hinweise auf den Verunreinigungsgrad erhält, sind mit der Zeit Änderungen im Brechungsindex möglich, da Schwankungen in der Konzentration der Lösung bestehen. Diese bedingen sich durch das Herausschleppen aus der Reinigungslösung in den Spülzyklus. Alle diese Methoden sind einfach und können mit einem relativ kostengünstigen Meßgerät durchgeführt werden. Die Messung des Trübungspunktes ist eine andere Methode, um die Lösung zu kontrollieren. Man erwärmt einfach eine kleine Menge der Reinigungslösung und vermerkt die Temperatur, bei der die Lösung sich eintrübt. Daran lässt sich erkennen, ob die Lösung hochgradig verunreinigt ist oder die Konzentration durch Herausschleppen gesunken ist.

Safewash Conductivity at 20 C

Die effektive Reinigung von Leiterplatten und zugehöriger Komponenten ist ein wesentlicher Bestandteil in der Elektronikfertigung. Es erhöht die Zuverlässigkeit der Baugruppen und ermöglicht zuverlässige Beschichtung und Verkapselung. Der ausgewählte Reiniger hängt hauptsächlich von den Fertigungsbedingungen ab. Zusätzlich sind die Einrichtungsparameter für jede einzelne Anwendung unerlässlich, um eine erfolgreiche Reinigung zu erreichen. Electrolube Ltd. bietet eine Reihe lösungsmittelbasierter und wasserbasierter Reiniger sowie einen beispiellosen technischen Service, um diese Ergebnisse zu ermöglichen. Die Safewash-Palette von Electrolube gehört zu den effektivsten wasserbasierten Reinigungsprodukten auf dem Markt und wird zurzeit von großen Herstellern in einer Vielzahl von Maschinen eingesetzt. Diese Reiniger erfüllen militärische und gewerbliche Standards, sind kostengünstig und schonen die Umwelt. Die Ergänzung dieser Reinigungspalette um Safewash Total ermöglicht auch weiterhin eine überlegene Reinigungsleistung, die Verarbeitungsflexibilität bietet und die den Umweltzielen moderner Elektronikhersteller entspricht.

Jade Bridges
European Technical Support Specialist